Тестирование бюджетного SSD Kingston NV1 емкостью 2 ТБ

Методика тестирования накопителей образца 2021 года

Недавно мы тестировали Seagate BarraCuda Q5 500 ГБ — недорогой NVMe-накопитель на базе безбуферного контроллера Phison E13T и 96-слойной QLC-памяти Micron. Фактически это младшая конфигурация, которая получается на данной платформе, несколько «тормознутая» даже на операциях чтения. Просто потому, что все производители на данный момент выпускают QLC на кристаллах по 1 Тбит, так что для создания SSD на 500 ГБ достаточно четырех таких. Если даже контроллер четырехканальный (что верно не только для Е13Т, но и вообще для бюджетных продуктов), получаем по одному кристаллу на канал — без чередования. Последнее крайне полезно для увеличения скоростей — практически это внутренний вариант RAID0, вовсю используемый в SSD. А вот используемая чаще всего TLC-память имеет кристаллы по 256 или 512 Гбит (есть уже и 1 Тбит, но пока такие попадались разве что во флэш-картах, но не SSD), т. е. подобный минимальный накопитель на ней будет иметь емкость 120 или 250 ГБ. От таких никто больших скоростей и не ждет. От 500 ГБ — пока еще да; тем более, если речь идет не о SATA, а о NVMe. Ну а с записью все вообще плохо — поскольку и в равных условиях QLC медленнее.

Можно ли на ней сделать хоро... неплохой SSD? В общем-то, да. Только тут уже придется ломать старые стереотипы о «системных дисках» — и покупать накопитель высокой емкости. Хотя бы относительно высокой — минимум 1 ТБ, а лучше 2 ТБ. Но такое и в виде QLC не слишком уж дешево. С другой стороны, устройства такой емкости сами по себе спросом пользуются давно (пусть и небольшим, но растущим) — а TLC объективно дороже, причем чем больше емкость, тем сильнее это проявляется. При этом на примере Intel SSD 660p и некоторых других накопителей ранее было хорошо заметно, что с ростом емкости увеличивается и скорость. А вот модели невысокой емкости, естественно, стоит продолжать и далее выпускать на базе TLC-памяти: экономия на ней в этом случае уже будет минимальной, а вот падение производительности — драматическим.

Но делать бюджетные NVMe-устройства, как уже было отмечено, нужно. До последнего времени роль максимально дешевых выполняли бюджетные SATA SSD — только их уже в итоге дооптимизировали до мышей. Младшие же NVMe-контроллеры побыстрее своих SATA-собратьев, кое-что на практике можно и от ускорения интерфейса получить — в общем, направление перспективное. При правильном подходе к памяти.

По-видимому, примерно также рассуждали и в Kingston — когда анонсировали линейку SSD NV1. В перспективе она должна заменить очень популярные в рознице модели семейства А400 — и, подобно последнему, компания изначально оставляет себе свободу с выбором конкретных аппаратных конфигураций. Проще говоря, нет об этом никаких упоминаний в спецификациях. Неформально говорится лишь, что обычно будут использоваться контроллеры Phison E13T или Silicon Motion SM2263XT — и какая-то TLC- или QLC-память. Заведомо известно лишь, что это дешевые накопители емкостью 500 ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ с трехлетней гарантией. Насколько могут быть дешевыми устройства такой емкости — но рассматривать меньшие в 2021 году как-то и не серьезно.

Терабайтные модели уже «отметились» почти во всем возможном спектре: есть и очень удачные связки из Phison Е13Т и TLC-памяти, есть и QLC NAND в паре как с 2263ХТ, так и Е13Т. «Пятисотки» пока были замечены только в «хорошем» виде — т. е. на TLC-памяти. Но рассчитывать на это перед покупкой, конечно, опасно — легко можно обзавестись полным аналогом упомянутой выше Seagate BarraCuda Q5, например, поскольку ничего не гарантировано. Или почти ничего — Kingston для всех модификаций NV1 обещает скорость последовательной записи в 1700 МБ/с, а «пятисотки» на QLC и Е13Т даже в кэш пишут вдвое медленнее, что со спецификациями несовместимо. Так что пока их не поменяют (в чем нет ничего невозможного), на TLC в младших по емкости NV1 рассчитывать можно.

А в модификациях на 2 ТБ бесполезно даже и надеяться на TLC — оба упомянутых контроллера четырехканальные и поддерживают ограниченное число кристаллов памяти на канал, что и дает максимальную емкость в 1 ТБ для TLC (16 кристаллов по 512 Гбит) и 2 ТБ для QLC (те же 16, но по 1 Тбит). Способы решить проблему существуют — но это не тот случай, когда ее будут стремиться решать.

Поэтому мы решили протестировать именно старшую модификацию — во-первых, какая-то определенность, во-вторых, недорогие модели такой емкости (пусть даже и на QLC) в ряде случаев интересны и сами по себе.

Kingston NV1 2 ТБ

Конструкция предсказуемо простая — односторонняя плата формата M.2 2280, на которой расположен контроллер Phison E13T (обходящийся без DRAM-буфера) и четыре чипа флэш-памяти — в каждом из которых по четыре кристалла 64-слойной QLC NAND Intel с кристаллами по 1 Тбит. Память уже не новая — бывшее совместное предприятие Intel и Micron давно освоило и 96 слоев, и даже больше, но принципиальным здесь является, скорее, что это QLC — а не количество слоев. Хотя новые разработки в перспективе дешевле, да и работают побыстрее — так что в будущем линейка наверняка мигрирует именно на них. В BarraCuda Q5, например, уже используется 96-слойная память Micron, а в Intel SSD 670p — 144-слойная Intel с того же (физически) завода. Так что поле для оптимизации в данном случае огромное, а вот будут ли новые устройства вести себя также, как старые — заранее предугадать невозможно. Сама память, как уже сказано, постоянно улучшается. Но ее использование требует обновления прошивок — и иногда при этом настройки «поведениях» того же SLC-кэширования меняются не в лучшую сторону.

Обойтись же без него в потребительских моделях на TLC- и, тем более, QLC-памяти невозможно — не получится в них обеспечить высокую скорость записи в принципе. С ним — высокой она при современных подходах оказывается только в пределах SLC-кэша, под который получается задействовать все свободные ячейки — а вот потом они «кончаются», так что нужно и новые данные принимать, и старые куда-то распихивать. Поэтому запись «полного объема» данных на деле приводит к записи двух полных и еще одного полного стирания — даже при изначально пустом устройстве. А процесс этот медленный. Причем надежды на то, что его можно ускорить добавлением чередования при росте емкости, для Phison E13T не оправдались — «за пределами» кэша скорость записи у Kingston NV1 2 ТБ и Seagate BarraCuda Q5 500 ГБ практически одинаковая и не превышает 60 МБ/с. Что очень напоминает Intel SSD 660p 512 ГБ — в то время, как старшая модель упомянутого семейства (на те же 2 ТБ) ниже 110 МБ/с не опускалась. Вывод — некоторые сценарии для связки E13T+QLC одинаково плохи вне зависимости от емкости и конкретной памяти. На первое место в таких случаях выходят оптимизации прошивок — которые уже могут быть очень разными. Один простой тест всех возможных нюансов не покажет, а вот на большом наборе — можно будет разобраться с ними досконально. Чем сейчас и займемся.

Только упомянем, что для такого бюджетного семейства сложно ожидать каких-то серьезных гарантий. Что в какой-то степени является и следствием «неопределенности» аппаратных платформ, так что приходится ограничиваться каким-то наименьшим общим кратным — понимая под таковым худший перспективный вариант. Поэтому срок гарантии в любом случае ограничен тремя годами — типично для бюджетных SSD. А вот дополнительное ограничение по полному объему записи (TBW) уже не линейное: 150 ТБ для 500 ГБ, 240 ТБ для 1 ТБ и 480 ТБ для 2 ТБ. Чуть лучшие условия для «пятисоток» — еще один косвенный аргумент в пользу предположения, что в них и далее будет использоваться в основном TLC-память. А больше ничего определенного сказать нельзя. Да и не требуется — обычно на накопители этого класса в среднем за год мало кто и 10-20 ТБ записывает, предпочитая для «серьезных» нагрузок что-нибудь с пятилетней гарантией и более предсказуемой производительностью, так что если не пытаться перехитрить систему, достаточно помнить про 3 года. Если пытаться, то есть вероятность перехитрить самого себя — как обычно.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье, в которой можно более подробно познакомиться с используемым программным и аппаратным обеспечением. Здесь же вкратце отметим, что мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и системной платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590, что дает нам два способа подключения SSD — к «процессорным» линиям PCIe 4.0 и «чипсетным» PCIe 3.0. Однако сегодня нам понадобится только второй, поскольку ничего более быстрого сегодняшние герои сами не поддерживают. Его результаты можно распространить и на многие «старые» системы, поскольку начиная со Skylake (LGA1151 «первой версии» 2015 года в настольных системах) и заканчивая прошлогодними Comet Lake (LGA1200 и соответствующие ноутбуки) у Intel в этом плане ничего не менялось — чипсетное подключение, практически одинаковые чипсеты, практически один и тот же контроллер PCIe 3.0, да и SATA600 тоже существенно не менялся уже лет 10. Именно этим мы сегодня и воспользуемся, благо среди участников тестирования накопителей с поддержкой PCIe 4.0 не будет, а вот SATA — не помешает.

Образцы для сравнения

Смена методики и тестовой платформы вынуждает нас начинать накапливать результаты почти с нуля. Поэтому в первом материале с ее использованием большого количества накопителей для сравнения с испытуемым быть и не может. Но тройку ранее изученных устройств мы специально перетестировали — как раз с этой целью.

Во-первых, нам нужен Intel SSD 660p 2 ТБ. Фактически это семейство оказалось первенцем экспансии QLC NAND в сегмент NVMe-накопителей, так что сойдет за эталон — тем более, и одинаковая емкость располагает. Правда такой «эталон» может быть только оценкой сверху — SSD Intel нацелены на более высокий сегмент, так что тут и контроллеры с DRAM, и гарантия пятилетняя, но и цены выше. А «снизу» — хорошо подойдет Seagate BarraCuda Q5 500 ГБ, поскольку это аналогичная платформа, но другая емкость. Вот и оценим масштабируемость по ней.

Но, поскольку такие устройства вообще появляются на рынке не в вакууме, а на фоне массы SATA-накопителей (часть которых они и должны постепенно заменить), нам не обойтись без «хорошего» SATA, роль которого будет выполнять WD Red SA500 500 ГБ. Это не совсем типичная модель, но аппаратно она практически идентична современным WD Blue 3D 500 ГБ (а старые «блюшки» даже чуть побыстрее работали из-за кристаллов по 256 Гбит) и очень похожа на прочих SATA-середнячков. Вот и посмотрим — что можно получить от нового интерфейса и потерять от новой памяти и бюджетного контроллера в совокупности.

Предельные скоростные характеристики

Низкоуровневые бенчмарки в целом и CrystalDiskMark 8.0.1 в частности давно уже пали жертвой в неравной борьбе с SLC-кэшированием — так что ничего, кроме самого кэша, протестировать и не могут. Однако и публикуемая производителями информация о быстродействии устройств тоже ограничена его пределами, так что проверить их всегда полезно. Тем более, что вся работа над кэшированием как раз и ведется для того, чтобы и в реальной жизни как можно чаще «попадать в кэш». И демонстрировать высокие скорости, несмотря на снижение стоимости памяти.

Некогда четырехканальные контроллеры не выходили за ограничения двух линий PCIe 3.0 даже при чтении данных, сейчас и скорость записи, вроде бы, выше. Однако основная «заслуга» тут не ускорение работы памяти, а SLC-кэширование — применимое уже даже и к чтению. И искажающее результаты низкоуровневых бенчмарков во всех используемых ими сценариях. Но, как уже было не раз сказано, кэширование было придумано вовсе не для их «обмана» — оно и на практике производительность повышает. Пусть и не в 100% случаев, но часто — почему эти цифры тоже интересны. Тем более, что именно их производители сейчас и указывают в спецификациях. И их же зачастую используют для демонстрации превосходства бюджетных (даже) NVMe-накопителей над любыми SATA SSD. Спору нет — выглядит убедительно.

Почему вообще все вспомнили про линейные скорости? А потому, повторимся, что именно они наиболее убедительно голосуют за быстрые интерфейсы. Что же касается, такой популярной (в узких кругах) дисциплины, как «мелкоблочка», то с ней все сложнее. Какие-то оптимизации возможны при большом количестве запросов, но определяющими являются все-таки собственные задержки памяти. И, если взять устройства близкого класса, то никаких существенных отличий мы не увидим (а если и увидим, то только при разной емкости). Но вот доминирование над SATA600 с протоколом AHCI — в основном сохраняется.

Запись в каком-то смысле проще — не требуется искать конкретные запрошенные ячейки, а можно писать в любые с коррекцией адресов в трансляторе. И писать быстро — благодаря «однобитному» режиму (т. е. SLC-кэшированию), устраняющему различия между TLC и QLC. Так что картина не изменилась особо — разве что абсолютные результаты у всех испытуемых подросли.

Вопреки расхожему заблуждению, на скорость работы реального ПО подобные операции оказывают куда большее значение: «длинным» очередям, как уже сказано, взяться на практике не откуда — зато блоки, отличные от 4К байт встречаются очень часто. Количество операций в секунду на «больших» блоках немного снижается, но сами они больше — так что результирующая скорость в мегабайтах в секунду оказывается более высокой. Чтоб была очень высокой, нужен мощный контроллер с DRAM, да и быстрый интерфейс совсем не помешает.

Благодаря динамической трансляции адресов разница между последовательной и произвольной записью может и полностью стереться. Происходит это только при достаточно большом размере блока — но возможно на практике. И однозначными аутсайдерами мгновенно оказываются любые SATA-накопители. А бюджетные NVMe уступают, разве что, небюджетным.

Говоря о практически значимых результатах, а не абсолютных рекордах, не стоит забывать и о том, что «чистые» операции в современных условиях рафинированный идеальный случай. На практике основное количество ресурсов, конечно, потребляют программы переднего плана — но и фоновыми приложениями пренебрегать тоже нельзя. Особенно применительно к накопителям — какой-нибудь висящий на втором плане torrent-клиент можно легко «не заметить» в плане влияния на центральный процессор и память, но вот сеть и систему хранения данных «дергать» он может достаточно активно. Причем и сам по себе разнонаправленно — файлы и раздаются, и скачиваются одновременно. А такой режим работы может оказаться более сложным, чем не только запись (которая SSD неплохо линеаризуется), но и чтение. А сложнее — значит, и медленнее. Но все отмеченные выше тенденции — сохраняются. В частности, становится ясно, что в 2021 году SATA-устройствам ловить уже попросту нечего. Любым — а не только бюджетным. Во всяком случае, с т.з. низкоуровневых бенчмарков это однозначно. Но не всегда правильно.

Работа с большими файлами

Как бы хороши не были показатели в низкоуровневых утилитах, достигнуть таких скоростей на практике удается далеко не всегда. Хотя бы потому, что это всегда более сложная работа — тот же CrystalDiskMark работает с небольшими (относительно) порциями информации, причем внутри одного файла. Во-первых, таковой в современных условиях практически всегда и гарантировано располагается в SLC-кэш все время тестирования, во-вторых, не нужно отвлекаться на служебные операции файловой системы — реальная запись одного файла это еще и модификация MFT, и журналы (основные используемые в работе файловые системы журналируемые — и не только NTFS), так что писать приходится не в одно место последовательно, а в разные (и частично — мелким блоком). В общем, большую практическую точность дает Intel NAS Performance Toolkit. При помощи которого можно протестировать не только кэш. И не только на пустом устройстве, где он имеет максимальные размеры — а и более приближенный к реальности случай, когда свободного места почти нет. Что мы всегда и делаем.

Работа в один поток — самый частый (146% случаев), но и самый сложный сценарий, поскольку здесь слишком мало возможностей для внутренних оптимизаций. По сути, для подавляющего большинства бюджетных SSD тут и PCIe 3.0 x4 не ограничение, а вот SATA600 — уже давно для всех. Правда стоит учитывать, что «приличный» SATA SSD выдаст все положенное и на новых, и на отлежавшихся файлах. Бюджетным же накопителям высокие скорости свойственны лишь при чтении из кэша — а иначе можно даже на таких простых операциях и в полтора раза «просесть». Чего низкоуровневые утилиты не покажут.

Всеобщее же счастье наступит только тогда, когда системные программисты перепишут всю работу с дисками под SSD — многим из которых многопоточный режим только в радость. Однако массовым SATA-накопителям не слишком полезен, а для жестких дисков — вообще вреден; вот никто и не торопится. Сейчас же подобное можно организовать только специально. Но для оценки и этого достаточно.

Запись в целом считается более сложной задачей для флэша. Однако однопоточная запись выполняется быстрее, чем однопоточное чтение — ее можно эффективно распараллелить «внутри» устройства. Если контроллер на это способен. И если хватит свободного места в SLC-кэше. Как мы уже отмечали, BarraCuda Q5 слишком уж передерживает в нем «старые» данные, так что новые писать некуда. В итоге скорость записи всегда ниже, чем у приличного SATA-накопителя (а таковые используют TLC-память, так что менее зависимы от кэширования). Да и Intel SSD 660p хорошо так проседает в заполненном состоянии. А Kingston NV1 кэш чистит при первой возможности — так что, если запись идет не непрерывно, а эпизодически, никаких тормозов заметить возможно и не удастся (но это не точно).

При попытке работать сразу в 32 потока получаем ровно те же результаты, что и в однопоточном режиме — поскольку упираемся в любом случае именно в собственные возможности флэш-памяти. Либо в их маскировку средствами SLC-кэширования — которое при «правильном» подходе может творить чудеса: скорость записи в 1,5 ГБ/с хотя бы на паре-тройке десятков гигабайт способны обеспечивать далеко не все SSD и более высокого класса.

В этом режиме (который не так уж и редко получается на практике сам собой — например, при копировании данных внутри накопителя без обработки) все отмеченные выше тенденции сохраняются без изменений.

Массовое внедрение твердотельных накопителей на деле постепенно размывает границу между «последовательным» и «произвольным» доступом. Для жестких дисков эти ситуации различались принципиально, поскольку критичным является количество позиционирований блока магнитных головок: традиционно для «механики» этот процесс как был неторопливым пол-века назад, так с тех пор не слишком-то и ускорился. Но, в общем и целом, при сравнении разных SSD это уже особо ничего не меняет. Просто скорость может оказаться одинаковой, а то и большей в некогда «медленном» случае — за счет влияния прочих факторов, коей может оказаться даже последовательность выполнения тестов.

Комплексное быстродействие

На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей является PCMark 10 Storage, с кратким описанием которого можно познакомиться в нашем обзоре. Там же мы отметили, что не все три теста, включенных в набор, одинаково полезны — лучше всего оперировать «полным» Full System Drive, как раз включающим в себя практически все массовые сценарии: от загрузки операционной системы до банального копирования данных (внутреннего и «внешнего»). Остальные два — лишь его подмножества, причем на наш взгляд не слишком «интересные». А вот этот — полезен в том числе и точным измерением не только реальной пропускной способности при решении практических задач, но и возникающих при этом задержек. Усреднение этих метрик по сценариям с последующим приведением к единому числу, конечно, немного синтетично, но именно, что немного: более приближенных к реальности оценок «в целом», а не только в частных случаях, все равно на данный момент нет. Поэтому есть смысл ознакомиться с этой.

При постоянной активной работе редко встречаются что большие объемы записи — что длительные промежутки, когда можно заняться своими делами. Поэтому в данном случае производительность падает у всех накопителей на базе QLC-памяти: при отсутствии запаса свободных ячеек, размера SLC-кэша вечно не хватает. Но абсолютный результат оказывается разным: тот же Intel SSD 660p в худшем случае быстрее, чем E13T+QLC в лучшем (впрочем, он и заметно дороже). Хотя и там QLC, и там QLC — но смотреть нужно на конкретные модели всегда, а не выбирать по каким-то формальным частным признакам. Кроме того, хорошо видно, что связка Е13Т+QLC «по объему» практически не масштабируется: Kingston NV1 2 ТБ и Seagate BarraCuda Q5 500 ГБ демонстрируют сходные результаты. Хотя изначально была надежда совсем на другое. NV1, впрочем, немного быстрее в заполненном данными состоянии — но это все равно уровень ниже приличного SATA.

Как отделить приличные от неприличных? Да очень просто — у первых скорость от состояния не зависит :) Из SATA600 в этом тесте можно без особых ухищрений «вытащить» порядка 800 баллов — вот столько у WD Red SA500 / Blue 3D и при наличии 500 ГБ флэш-памяти как раз получается. Бюджетные NVMe-накопители на базе Phison E13T и QLC-памяти быстрее в тех случаях, когда при помощи SLC-кэширования можно «замаскировать» недостатки памяти — но стоит упасть его эффективности, так вместе с ней и производительность в этом сценарии опускается до уровня бюджетных SATA-устройств. Есть, конечно, среди последних и еще более медленные. Только вот выбор не всегда делается из двух зол.

Итого

На данный момент никакие накопители на базе QLC-памяти нельзя считать универсальным решением «для всего». Более-менее успешные попытки как-то изменить ситуацию есть — но практически все ранее виденные это 600-я линейка Intel. Плюс Optane Memory H10/H20 — где многие недостатки QLC-памяти неплохо маскируются гибридизацией. Минус — дороговато получается и первое, не говоря уже о втором. А вот если взять бюджетные контроллер да в паре с QLC NAND — получается дешево. Иногда, даже, очень дешево — на уровне SATA-моделей с той же QLC, причем в этом случае и производительность заведомо не хуже. SATA-середнячки же на «приличных» контроллерах с DRAM в паре с TLC-памятью стоят уже дороже — но в ряде сценариев все равно уступают по скорости. Но все это не без оговорок. Основное за что платят покупатели SSD среднего уровня — вовсе не какие-то рекорды производительности, а стабильный ее уровень в любых условиях. Даже при небольшой емкости и будучи плотно забитыми данными «приличные» SATA SSD не будут замедляться так, что это станет заметно невооруженным глазом. Современную же бюджетную NVMe-платформу Phison «завалить» до такого уровня можно и при высокой емкости простыми бытовыми операциями.

Но ниши, где такие устройства будут на своем месте есть. Хотя бы потому, что бюджетные SATA еще хуже — но не всегда при этом дешевле. А «небюджетные» — практически всегда дороже, но во многих сценариях медленнее если это SATA, либо уже намного дороже когда речь идет о NVMe среднего или топового класса. Явным плюсом Kingston NV1 (в том виде, который попал на тестирование) является подход к кэшированию — если запись осуществляется эпизодически, то к ней этот SSD как пионер всегда готов. А это, например, делает его неплохой основой для внешнего SSD — для чего не подходит не только большинство QLC-накопителей, но и огромное количество устройств на базе TLC. В игровом компьютере NV1 на 1-2 ТБ отлично поработает «вторичным» именно для хранения игр. Емкость как раз к этому располагает — современные игровые проекты нередко уже «весят» и больше 100 ГБ. При этом основная нагрузка — чтение, а запись больших объемов информации случается как раз эпизодически (установка и/или обновление), да и скорость этого процесса сильно ограничена скоростью сети. Вот если попытаться оставить его основным и единственным (к чему тоже емкость располагает), т. е. и под игры, и «под систему», и данные все хранить там же — тут уже возможны варианты. Достаточно доплатить (и не обязательно много) — и уже не придется гадать: повезет или не повезет.

Именно это мы и называем отсутствием универсальности: у таких SSD есть и свои достоинства, но есть немало недостатков, не позволяющих их рекомендовать безоговорочно для любых ситуаций даже при ограниченном бюджете. Впрочем, бюджетный сегмент — это всегда компромиссы. Появление на рынке NVMe «минимальной стоимости» свободу выбора увеличивает, но ей еще надо суметь правильно воспользоваться, взвесив все «за» и «против».